(57)【要約】【課題】高速鍛造を含む自由鍛造により丸棒を製造する際に生じる被加工材の曲がりを抑制することができる鍛造方法を提供する。【解決手段】被加工材Ａに対し、その軸に直角の方向からの金敷による圧下と前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、下記▲１▼式を満たす丸溝金敷を用いて鍛造する。（被加工材の仕上断面半径Ｈ）＞（丸溝金敷の溝底部曲率半径Ｇ）  ・・▲１▼前記被加工材の仕上断面半径と丸溝金敷の曲率半径との差が８ｍｍ未満であれば、被加工材の仕上断面の真円度（＝最大直径−最小直径）が小さく、断面が円形ないしは円形に近い形状をなすので望ましい。【選択図】図１
2005007402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材に対し、その軸に直角の方向からの金敷による圧下と前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、下記▲１▼式を満たす丸溝金敷を用いて鍛造することを特徴とする鍛造方法。
（被加工材の仕上断面半径）＞（丸溝金敷の溝底部曲率半径）    ・・▲１▼
【請求項２】
前記被加工材の仕上断面半径と丸溝金敷の曲率半径との差が８ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の鍛造方法。
【請求項３】
被加工材に対し、その軸に直角の２方向から一対の金敷による圧下と、前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、被加工材と４面で接触する金敷を用いて鍛造することを特徴とする鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高速鍛造を含む自由鍛造により炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金鋼等の被加工材を加熱し、丸棒を製造する際の鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等の被加工材を加熱し、自由鍛造（高速鍛造を含む）により丸棒を製造する場合、被加工材の加熱時における偏熱や被加工材を圧下する金敷の摩耗により、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際に、被加工材に曲がりが生じることが往々にしてあった。これは、被加工材の軸に対して対称の複数の方向から同時に金敷により繰り返し圧下を加える高速鍛造においても例外ではない。そのため、鍛造終了後に曲がりを矯正する工程が必要であった。
【０００３】
高速鍛造法における被加工材の曲がり発生の抑制について、例えば、特許文献１には、一方向の鍛造パスと逆方向の鍛造パスとの間で、被鍛造材をその軸の回りに、曲がり方向が軸に実質的に対称になるように（具体的には、平材では１８０°）回転させてから逆方向のパスを行う鍛造方法が開示されている。しかし、この方法は、断面が長方形の平材の製造を前提としたもので、丸棒の製造に適用した場合の効果については明らかではない。
【０００４】
また、特許文献２には、被鍛造材を、その一方の端側のマニプレータで把持して逆方の端方向へ移動させつつその被鍛造材の長さ方向の中途まで鍛造した後、その際に生じた曲がりを矯正するために前記一方の端方向へ移動させ、次いで、被鍛造材を逆方端側のマニプレータで把持して再度逆方の端方向へ移動しつつ鍛造を継続することにより曲がりを低減する鍛造方法が開示されている。しかしながら、この鍛造方法では、曲がりが生じた被鍛造材を曲がりを矯正しながら一旦鍛造開始位置まで移動させ、再度鍛造を行うので、鍛造時間が延長し、生産効率が大幅に低下する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１０５０７９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０５０７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速鍛造を含む自由鍛造により丸棒を製造する際の鍛造方法であって、特に、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パス、すなわちこの円形断面の被加工材の軸の回りに回転させながら鍛造するパスにおいて、鍛造時間を大幅に増加させることなく被加工材に生じる曲がりを抑制し、後工程である曲がり矯正工程を省略することができる鍛造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者は、自由鍛造機を用いて、被加工材を円形断面に鍛造するパスにおいて曲がりが生じる過程を詳細に調査した。
【０００８】
図３は、曲がりの発生過程を説明するための図で、（ａ）は被加工材と圧下部の縦断面を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視図である。図３において、丸溝金敷Ｂは前記被加工材Ａを挟んで対称位置（上下）に設けられた同形で対をなす金敷で、金敷平行部Ｆを有している。
【０００９】
被加工材Ａを丸溝金敷Ｂによる圧下部を通過させる場合、被加工材Ａは、図３（ａ）に示すように、丸溝金敷Ｂによる上下からの圧下を加えられ、丸溝金敷Ｂの塑性変形領域Ｃで圧下されるが、図３（ｂ）に示すように、丸溝金敷Ｂと接触しない非接触面Ｄにおいて圧下毎に幅の広がりが生じる。なお、同図中の破線は、前記幅の広がりが生じなかった場合の断面形状を表す。このとき、例えば、被加工材Ａに偏熱が生じていると、圧下毎の伸び量が不均一となり、非加工材Ａに水平方向の曲がりが生じる。
【００１０】
しかし、被加工材を円形断面に鍛造するパスにおいては、被加工材Ａは、軸方向（図３（ａ）おいて、図面の左から右方向）への移動と被加工材の軸の回りの回転（この断面が円形の被加工材の軸の回りの回転を、「自転」ともいう）が加えられるので、図３（ａ）に矢印で示すように、スパイラル回転しながら進行し、圧下部を通過して鍛造される。したがって、その前の段階での圧下により生じた水平方向の曲がり（「Ｘ方向の曲がり」であり、以下、単に「曲がり」ともいう）は次の圧下時に金敷平行部Ｆで矯正され、軽減する。しかし、このとき非接触面Ｄに該当することとなった部分では、再び伸び量が不均一となり、曲がりが生じる。このような曲がりの矯正と発生が繰り返されるが、金敷平行部Ｆで曲がりを完全に矯正できない場合、圧下毎に被加工材Ａには曲がりが重畳され、当該パスで曲がりを矯正することができず、曲がり矯正工程が必要となる。
【００１１】
本発明者は、この曲がりを抑制する方策を検討した結果、丸溝金敷の溝底部曲率半径（以下、単に「丸溝金敷の曲率半径」ともいう）を当該パス終了後の被加工材Ａの断面半径より小さくすると、当該パス終了後の被加工材Ａに残存する曲がりを大幅に低減できることを見いだした。
【００１２】
本発明はこの知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記（１）および（２）の鍛造方法にある。
【００１３】
（１）被加工材に対し、その軸に直角の方向からの金敷による圧下と前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、下記▲１▼式を満たす丸溝金敷を用いて鍛造する鍛造方法。
【００１４】
（被加工材の仕上断面半径）＞（丸溝金敷の溝底部曲率半径）    ・・▲１▼
前記被加工材の仕上断面半径と丸溝金敷の曲率半径との差が８ｍｍ未満であれば、被加工材の仕上断面の真円度（＝最大直径−最小直径）が小さく、断面が円形ないしは円形に近い形状をなすので望ましい。
【００１５】
ここで、「被加工材の仕上断面半径」とは、被加工材を円形断面に鍛造するパス、すなわち、被加工材を自転させながら鍛造するパスを終了した後の被加工材Ａの断面半径をいう。以下、単に「被加工材の断面半径」ともいう。
【００１６】
（２）被加工材に対し、その軸に直角の２方向から一対の金敷による圧下と、前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、被加工材と４面で接触する金敷を用いて鍛造する鍛造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の鍛造方法（前記（１）に記載の方法、および（２）に記載の方法）を詳細に説明する。
前記（１）に記載の鍛造方法は、「丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、
（被加工材の断面半径）＞（丸溝金敷の曲率半径）    ・・▲１▼
を満たす丸溝金敷を用いて鍛造する鍛造方法」である。
【００１８】
このように、丸溝金敷の曲率半径を被加工材Ａの仕上断面半径より小さくするのは、以下の理由による。
【００１９】
図１は曲率半径が被加工材Ａの断面半径より小さい丸溝金敷を用いて鍛造した場合の、また、図２は曲率半径が被加工材Ａの断面半径より大きい丸溝金敷を用いて鍛造した場合の丸溝金敷の平行部の縦断面図である。
【００２０】
図２に示すように、丸溝金敷Ｂの溝底部の曲率半径Ｇが被加工材Ａの断面半径Ｈより大きい、すなわち、前記▲１▼式を満足しない丸溝金敷Ｂを用いて鍛造する場合は、被加工材Ａを丸溝金敷Ｂで塑性加工する領域は平行部ＦにおいてＩ５およびＩ６の２面となる。この場合、力は被加工材Ａに対して上下方向から作用するだけで、Ｘ方向の曲がりを矯正するＸ方向の力は働かず、曲がりを矯正することはできない。
【００２１】
これに対して、図１に示すように、前記▲１▼式を満足する丸溝金敷Ｂを用いて鍛造する場合は、被加工材Ａを丸溝金敷Ｂで塑性加工する領域は平行部ＦにおいてＩ１、Ｉ２、Ｉ３およびＩ４の４面となる。この場合は、被加工材Ａに対して水平方向（Ｘ方向）の分力、すなわち、Ｘ方向の曲がりを矯正する力が作用するので、曲がりを効果的に矯正することが可能となる。
【００２２】
ただし、前記被加工材の断面半径Ｈと丸溝金敷の曲率半径Ｇとの差が大きすぎると、被加工材Ａの真円度（＝最大直径−最小直径）が大きくなり、断面が円形ないしは円形に近い形状の丸棒が得られない。したがって、後述する実施例に示すように、被加工材の断面半径Ｈと丸溝金敷の曲率半径Ｇとの差が８ｍｍ未満、すなわち、下記▲２▼式を満たす丸溝金敷を用いて鍛造するのが望ましい。
【００２３】
０ｍｍ＜（被加工材の断面半径）−（丸溝金敷の曲率半径）＜８ｍｍ  ・・▲２▼
次に、前記（２）に記載の鍛造方法は、「被加工材に対し、その軸に直角の２方向から一対の金敷による圧下を加えて、丸棒を製造する鍛造方法であって、圧下後の被加工材の断面形状が円形となる鍛造パスの際、被加工材と４面で接触する金敷を用いて鍛造する鍛造方法」である。
【００２４】
「２方向から一対の金敷による圧下を加えて、被加工材と４面で接触する金敷」といえば、具体的には、前記図１に示した曲率半径Ｇが被加工材Ａの断面半径Ｈより小さい丸溝金敷が該当するが、必ずしもこのような丸溝金敷に限らない。被加工材と４面で接触する金敷であれば、被加工材の上部および下部近辺において４面で接触するということは通常は考えにくく、被加工材の上部および下部からはある程度離れた、被加工材にＸ方向の分力が作用するような面で接触することになるので、Ｘ方向の曲がりを矯正する力が働く。
【００２５】
このような２つの（一対の）金敷を用いて鍛造すれば、例えば、水平に対して４５°傾斜した方向およびその反対方向からの圧下と、水平に対して−４５°傾斜した方向およびその反対方向からの圧下、すなわち合計４方向からの圧下を加える方式の鍛造と、曲がりの抑制に関しては同等の効果が期待できる。
【００２６】
本発明の鍛造方法において、前述したように、▲１▼式を満たす丸溝金敷を用いて鍛造し、または被加工材と４面で接触する丸溝金敷を用いて鍛造するのは、「圧下後の被加工材Ａの断面形状が円形となる鍛造パスの際」である。すなわち、本発明の方法で断面形状が円形の丸棒を製造するに際し、例えば、素材として角材を用い、鍛造の初期の段階で、まだ圧下後の断面形状が円形とはならない場合には、丸溝金敷は必ずしも▲１▼式を満たす必要はないし、被加工材と４面で接触する金敷を用いなくてもよい。圧下後の断面形状が円形とはならない場合は、その後も鍛造が続けられるので、前記圧下後の断面形状が円形となる鍛造パスにおいて前記の条件を満たす丸溝金敷等を用いれば、前記の図３（ｂ）に示した非接触面Ｄにおける幅の広がり（伸び量）の不均一により生じる被加工材Ａの曲がりを抑制することができるからである。
【００２７】
以上の本発明の鍛造方法についての説明は、自由鍛造の中でも、丸溝金敷Ｂによる上下からの圧下と軸方向への移動とが交互に加えられる鍛造方法により丸棒を製造する場合についての説明である。しかし、本発明の方法は、先に記したように、「被加工材に対し、その軸に直角の２方向から一対の金敷による圧下と前記軸方向への移動とを繰り返して丸棒を製造する鍛造方法」であって、高速鍛造により丸棒を製造する場合に限定されるものではない。「被加工材の軸に直角の方向からの金敷による圧下」は、上下からの圧下に限らず、横からの圧下でもよい。また、「金敷による圧下と前記軸方向への移動とを繰り返して」丸棒を製造するのであって、前記の「繰り返し」は必ずしも交互でなくてもよい。したがって、いわゆる従来の自由鍛造による丸棒の製造にも適用することができる。
【００２８】
前記本発明の鍛造方法によれば、曲率半径が被加工材Ａの仕上断面半径より小さい丸溝金敷を用いて鍛造するか、または、被加工材と４面で接触する金敷を用いて２方向から一対の金敷による圧下を加えて鍛造するという簡易な方法で、自由鍛造（高速鍛造を含む）により丸棒を製造する際に被加工材に生じる曲がりを極めて効果的に抑制することができる。これにより、後工程である曲がり矯正工程を省略し、ないしは前記矯正工程での所要工数を著しく軽減することができるので、鍛造による丸棒生産の効率を大幅に向上させることが可能になる。
【００２９】
【実施例】
断面形状が正八角形で、断面対辺間の距離が３３７ｍｍ、全長が４０００ｍｍの、ＳＵＳ３１６製またはＳＵＳ３０４製の材料を被加工材とし、これを１２００℃に加熱した後、本発明の鍛造方法により、熱間での半径が１６１．５ｍｍの丸棒に鍛造した場合の曲がりの発生状況を調査した。なお、比較のために、前記▲１▼式を満足しない丸溝金敷Ｂを用いる鍛造方法についても同様の調査を行った。
【００３０】
用いた鍛造機は、前記図３に示した構成を有する自由鍛造機で、丸溝金敷Ｂの開き角度が１０５°、金敷平行部Ｆの長さが２００ｍｍ、被加工材の送り量は２５ｍｍ／圧下、被加工材の軸の回りの回転角度は、７０°／圧下とした。丸溝金敷Ｂとしては、曲率半径が１６３．０ｍｍから１５１．５ｍｍの範囲の４種類の金敷を用いた。
【００３１】
調査結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2005007402.tif 000003
【００３３】
表１に示した結果から明らかなように、丸溝金敷の曲率半径が被加工材の仕上断面半径（この場合は、１６１．５ｍｍ）より小さい丸溝金敷Ｂを用いて鍛造した本発明例Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６では、曲がりの発生を大幅に抑制することができた。ただし、本発明例Ｎｏ．６では、被加工材Ａの真円度がやや大きかった。真円度を考慮すれば、被加工材の仕上断面半径と丸溝金敷の曲率半径との差を８ｍｍ未満とするのが望ましい。
【００３４】
一方、丸溝金敷の曲率半径が被加工材の仕上断面半径より大きい丸溝金敷Ｂを用いて鍛造した比較例Ｎｏ．１および２では、曲がりが発生し、評価は不良（×印）であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の鍛造方法によれば、自由鍛造（高速鍛造を含む）により丸棒を製造する際に被加工材に生じる曲がりを極めて効果的に抑制することができる。したがって、鍛造による丸棒生産の効率を大幅に向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】曲率半径が被加工材Ａの仕上断面半径より小さい丸溝金敷を用いて鍛造した場合の丸溝金敷の平行部の縦断面図である。
【図２】曲率半径が被加工材Ａの仕上断面半径より大きい丸溝金敷を用いて鍛造した場合の丸溝金敷の平行部の縦断面図である。
【図３】曲がりの発生過程を説明するための図で、（ａ）は被加工材と圧下部の縦断面を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視図である。
【符号の説明】
Ａ：被加工材
Ｂ：丸溝金敷
Ｃ：塑性変形領域
Ｄ：非接触面
Ｆ：金敷平行部
Ｇ：丸溝金敷の曲率半径
Ｈ：被加工材の断面半径
【図１】
2005007402.tif 000004
【図２】
2005007402.tif 000005
【図３】
2005007402.tif 000006